CN100419348C - 一种空气处理方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气处理方法及其设备。它是将被处理空气依次与至少两种以上不同温度的冷源或热源进行热交换，其能量水平逐步改变，实现制冷或制热。制冷时，即被处理空气的能量水平降低时，被处理空气依次与由高温到低温的冷源进行热交换；而制热时，被处理空气则依次与由低温到高温的热源进行热交换。制冷时，所述的由高温到低温的冷源至少有两种是由两个或两个以上的热泵产生的，制热时，所述的由低温到高温的热源至少有两种是由两个或两个以上的热泵产生的。本发明由于提高了蒸发温度，同时放热侧利用水的蒸发又降低了电耗，大大的提高了热泵系统的COP，并且除湿能力也比常用空调强。利用此发明所制造的产品性能优异，结构简单易行。
Description
技术领域
本发明涉及一种空气处理方法及其设备。
背景技术
目前常用的空气处理装置包括以下四种方式：
第一种方式是采用热泵供应一种温度的冷源或热源，对室内空气进行制冷或制热处理，补充的新风一般不经过显热或全热回收装置，这是常用的家用空调采用的方式。
第二种方式是采用热泵供应一种温度的冷源或热源，对室内空气进行制冷或制热处理，补充的新风经过显热或全热回收装置。
第三种方式是通过牺牲除湿效果来提高热泵系统的蒸发温度，从而提高系统的COP值。
第四种方式是01138603.7发明专利“同时除湿和降温的空气调节方法和设备”中提出的利用除湿液除湿，同时利用压缩式热泵冷却除湿液，进而使除湿液在除湿的同时，冷却空气；压缩式热泵排出的冷凝热用于除湿液的再生。
第一种方式，热泵的放热采用强制室外风冷却，冷却效果差，冷凝温度高，耗电量大，蒸发温度低，制冷效率低，室内空气品质差。
第二种方式与第一种方式相比，采用全热回收减少了部分新风负荷，但回风能量没有完全回收，系统的成本高。
第三种方式，制冷效率有所提高，但除湿效果差，无冷凝水可利用。
第四种方式，将蒸发温度升高，但冷凝温度也升高，且蒸发温度和冷凝温度温差更大，除湿效果增强，但制冷效率没有提高，且溶液有腐蚀性，对系统的防腐蚀的要求高，增加了系统成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种空气处理方法及其设备。
空气处理方法：被处理空气依次与两种或两种以上不同温度的冷源或热源进行热交换，制冷时，被处理空气依次与由高温到低温的冷源进行热交换，而制热时，被处理空气则依次与由低温到高温的热源进行热交换；制冷时，所述的由高温到低温的冷源至少有两种是由两个或两个以上的热泵产生的，制热时，所述的由低温到高温的热源至少有两种是由两个或两个以上的热泵产生的。
所述的热泵的吸热侧产生的液态水被输送至热泵的放热侧蒸发。
与被处理空气进行热交换的冷源或热源至少有一种不是由热泵直接产生的；冷源或热源为空调室内的回风，被处理空气为室外新风，热交换为室内回风与室外新风的全热交换或显热交换；或者冷源为被加湿后的室外新风，所述的被处理空气为室外新风。
热泵采用空调室内的回风作为热沉或热源。液态水是空气中的水分子被液体表面吸收产生的；液体包括水和吸湿性溶液。全热交换是采用热质微元循环，热质微元循环所使用的液态水是热泵吸热侧产生的液态水。
一种空气处理装置具有相连接的全热回收装置、热泵装置、排风风机和送风风机，全热回收装置具有热质微元芯，热质微元芯下设有第一液体槽，第一液体槽上设有第一液体泵，并与热质微元芯上端的第一液体喷淋装置相接；第一换热器和第二换热器下设有第二液体槽，在第二液体槽上设有第二液体泵，并与第一换热器和第二换热器上端的第二液体喷淋装置相接；第三换热器和第四换热器下设有集水槽，在集水槽上设有液体循环泵，并与第二液体槽相接。
所述的第二液体槽设有一个补水管和一个补水阀，与水源相接；所述的热质微元芯上端设有第一风阀，下端设有第二风阀；集水槽上设有液体循环泵，并与第三换热器和第四换热器上端的第三喷淋装置相连。
另一种空气处理装置具有相连接的室内机和室外机，室内机分为全热回收装置、热泵装置、排风风机和送风风机，全热回收装置具有热质微元芯，热质微元芯下设有第一液体槽，第一液体槽上设有第一液体泵，并与热质微元芯上端的第一液体喷淋装置相接；第三换热器和第四换热器下设有集水槽，在集水槽上设有液体循环泵，并与第二液体槽相接；室外机包括热泵装置及排热风机，第一换热器和第二换热器下设有第二液体槽，在第二液体槽上设有第二液体泵，并与第一换热器和第二换热器上端的第二液体喷淋装置相接。
所述的集水槽上设有液体循环泵，并与第三换热器和第四换热器上端的第三喷淋装置相连。
本发明由于采用了多种不同温度的冷源或热源进行热交换，提高了平均蒸发温度，降低了平均冷凝温度，同时放热侧利用水的蒸发又降低了电耗，大大的提高了热泵系统的COP，并且除湿能力也比常用空调强。利用此发明所制造的产品性能优异，结构简单易行，应用于工程中无需附加的设备，降低了成本。
附图说明
图1是空气处理方法原理示意图；
图2是液态水在放热侧蒸发原理示意图；
图3是带全热回收的空气处理方法原理示意图；
图4是带全新风间接蒸发冷却的空气处理方法原理示意图；
图5是带新风与回风间接蒸发冷却的空气处理方法原理示意图；
图6是回风作热源或热沉的空气处理方法原理示意图；
图7是I型整体式空气处理设备的结构示意图；
图8是II型整体式空气处理设备的结构示意图；
图9是III型整体式空气处理设备的结构示意图；
图10是IV型整体式空气处理设备的结构示意图；
图11是V型分体式空气处理设备的结构示意图；
图12是VI型整体式空气处理设备的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，被处理空气依次与至少两种不同温度的冷源(冷源1和冷源2)进行热交换，吸收了冷量Q1和Q2，降低了能量水平，即进行了制冷过程，其中冷源1的温度高于冷源2的温度；若被处理空气依次与至少两种不同温度的热源(热源1和热源2)进行热交换，吸收了热量Q1′和Q2′，提高了能量水平，即进行了制热过程，其中热源1的温度低于热源2的温度。冷源1和冷源2分别由热泵1和热泵2提供，而热源1和热源2分别由热泵1和热泵2提供。
如图2所示，热泵的吸热侧产生的液态水是空气中的水分子被液体表面吸收产生的，产生的液态水被输送至热泵的放热侧蒸发。
如图3所示，夏季制冷时，室外新风为被处理空气，先与室内回风在全热或显热交换器内进行全热或者显热交换，室内回风为冷源，室外新风为热源，然后室外新风再依次经过温度更低的冷源3和冷源4，吸收了冷量Q3和Q4，然后送入室内，而室内回风则依次经过温度更高的热源3和热源4，吸收了热量Q3′和Q4′，排至环境中。冬季制热时，室外新风为被处理空气，充当冷源，而室内回风充当热源，热泵3和4转向，即室外新风依次经过热源3和4，室内回风经过冷源3和4。
全热回收交换器可采用“基于热质微元液体自身微循环的气体传热传质方法”，具体方法见专利号200410015955.0。
如图4所示，夏季制冷时，室外新风为被处理空气，经过一个间接蒸发冷却器，被加湿的室外新风为冷源，室外新风被预冷，然后被冷却的室外新风再依次经过温度更低的冷源5和冷源6，吸收了冷量Q5和Q6，然后送入室内，而被加湿的室外新风则依次经过温度更高的热源5和热源6，吸收了热量Q5′和Q6′，排至环境中。
如图5所示：夏季制冷时，室外新风为被处理空气，先与室内回风在间接蒸发冷却器内进行热交换，室内回风为冷源，在湿通道内被水加湿，室外新风为热源，在干通道内被冷却，然后室内新风再经过温度更低的冷源7和冷源8，吸收了冷量Q7和Q8，然后送入室内，而室内回风则经过温度更高的热源7和热源8，吸收了热量Q7′和Q8′，排至环境中。冬季制热时，室外新风为被处理空气，充当冷源，在干通道内被加热，而室内回风充当热源，在湿通道内被冷却(此时湿通道内不喷水)，热泵7和8换向，进行制热。
如图6所示，室内新风作被处理空气，依次与至少两种不同温度的冷源(冷源9和冷源10)进行热交换，吸收了冷量Q9和Q10，降低了能量水平，即进行了制冷过程，其中冷源9的温度高于冷源10的温度；而室内回风依次与至少两种不同温度的热源(热源10和热源9)进行热交换，吸收了热量Q10′和Q9′，提高了能量水平，即进行了制热过程，其中热源9的温度高于热源10的温度。冷源9和冷源10分别由热泵9和热泵10提供，而热源9和热源10分别由热泵9和热泵10提供。
如图7所示，空气处理装置具有相连接的全热回收装置1、热泵装置2、排风风机19和送风风机20，全热回收装置1具有热质微元芯3，热质微元芯3下设有第一液体槽4，第一液体槽4上设有第一液体泵6，并与热质微元芯3上端的第一液体喷淋装置7相接；第一换热器8和第二换热器9下设有第二液体槽10，在第二液体槽10上设有第二液体泵12，并与第一换热器8和第二换热器9上端的第二液体喷淋装置13相接；第三换热器14和第四换热器15下设有集水槽16，在集水槽16上设有液体循环泵18，并与第二液体槽10相接。
整个装置分为上下两层，a1和a2为两股空气，其中a1为被处理空气，a1依次经过全热回收装置的上层、下层，热泵装置2的下层、送风风机20，被处理成空气a3；a2依次经过全热回收装置的下层、上层、热泵装置2的上层，排风风机19，被处理成空气a4。
第一液体槽4内装有第一液体5，第一液体5通过第一液体泵6，送入热质微元芯4上端的第一液体喷淋装置7，再喷淋到热质微元芯3上，最后落入第一液体槽4中，形成第一液体5的循环。
热泵装置2包括两个热泵系统，制冷时，8和14分别为一个热泵系统的放热侧(第一冷凝器)和吸热侧(第一蒸发器)，9和15分别为另一个热泵系统的放热侧(第二冷凝器)和吸热侧(第二蒸发器)。第一冷凝器8和第二冷凝器9下设第二液体槽10，内装有第二液体11，第二液体11通过第二液体泵12，送入8和9上端的第二液体喷淋装置13，再喷淋到8和9上，最后落入第二液体槽10中，形成第二液体11的循环。第一蒸发器14和第二蒸发器15下设集水槽16，从14和15上产生的液态水17进入集水槽16中，再通过液体循环泵18送入第二液体槽10中，或者送入第一液体槽4中。
当a1为室外新风、a2为室内回风时，a1通过热质微元芯3降低温度和湿度后，经过第一蒸发器14，再经过第二个发器15，最后通过送风风机20，形成干冷的空气a3送入室内；a2通过热质微元芯3升高温度和湿度后，经过第一冷凝器9和第二冷凝器10，最后通过排风风机19，形成热湿的空气a4排出室外。
制热时，第一液体泵6、第二液体泵12和液体循环泵18都关闭，热泵通过四通换向阀换向转换为制热模式。
当a1、a2均为室外新风时，则3更换为间接蒸发冷却器，制冷时，加湿的新风充当冷源，被冷却的新风为被处理空气。
如图8所示，为II型整体式空气处理设备的结构示意图，与I型机组不同的是，在第二液体槽10设有一个补水管21和一个补水阀22，与水源相接。
如图9所示，为III型整体式空气处理设备的结构示意图，与I型机组不同的是，所述的热质微元芯3上端设有第一风阀23，下端设有第二风阀24。
如图10所示，为IV型整体式空气处理设备的结构示意图，与I型机组不同的是，集水槽16上设有液体循环泵18，并与第三换热器14和第四换热器15上端的第三喷淋装置25相连。
如图11所示，为V型分体式空气处理设备的结构示意图，室内机分为全热回收装置1、热泵装置2、排风风机19和送风风机20，全热回收装置1具有热质微元芯3，热质微元芯3下设有第一液体槽4，第一液体槽4上设有第一液体泵6，并与热质微元芯3上端的第一液体喷淋装置7相接；第三换热器14和第四换热器15下设有集水槽16，在集水槽16上设有液体循环泵18，并与第二液体槽10相接。
整个室内机可分为上下两层，热泵装置2包括两个热泵系统，制冷时，8和14分别为一个热泵系统的放热侧(第一冷凝器)和吸热侧(第一蒸发器)，9和15分别为另一个热泵系统的放热侧(第二冷凝器)和吸热侧(第二蒸发器)。第一冷凝器8和第二冷凝器9下设第二液体槽10，内装有第二液体11，第二液体11通过第二液体泵12，送入8和9上端的第二液体喷淋装置13，再喷淋到8和9上，最后落入第二液体槽10中，形成第二液体11的循环。第一蒸发器14和第二蒸发器15下设集水槽16，从14和15上产生的液态水17进入集水槽16中，再通过液体循环泵18送入第一液体槽4中。
b1为室外新风，b2和b3为室内回风，b1依次经过全热回收装置的上层、下层，与b3混合后再经过热泵装置2的下层、送风风机43，被处理成空气b4送入房间；b2依次经过全热回收装置的下层、上层，与b3混合后再经过热泵装置2的上层、排风风机44，被处理成空气b5排出房间。
室外机包括热泵装置2及排热风机26，第一换热器8和第二换热器9下设有第二液体槽10，在第二液体槽10上设有第二液体泵12，并与第一换热器8和第二换热器9上端的第二液体喷淋装置13相接；室外新风b6经过第一换热器8和第二换热器9，再经过排热风机26，形成热气体b7排出。
如图11所示，为VI型分体式空气处理设备的结构示意图，与V型机组不同的是，集水槽16上设有液体循环泵18，并与第三换热器14和第四换热器15上端的第三喷淋装置25相连。
以上各装置均为示意图，热泵系统的其他部件省略未画，装置可不必上下分层布置，可包括三个或者三个以上的热泵系统，送风侧的换热器需要串联排列，而排风侧的换热器可根据实际情况采用串联或者并联排列。
Claims (9)
1. 一种空气处理装置，其特征在于：它具有相连接的全热回收装置(1)、热泵装置(2)、排风风机(19)和送风风机(20)，全热回收装置(1)具有热质微元芯(3)，热质微元芯(3)下设有第一液体槽(4)，第一液体槽(4)上设有第一液体泵(6)，并与热质微元芯(3)上端的第一液体喷淋装置(7)相接；第一换热器(8)和第二换热器(9)下设有第二液体槽(10)，在第二液体槽(10)上设有第二液体泵(12)，并与第一换热器(8)和第二换热器(9)上端的第二液体喷淋装置(13)相接；第三换热器(14)和第四换热器(15)下设有集水槽(16)，在集水槽(16)上设有液体循环泵(18)，并与第二液体槽(10)相接。
2. 根据权利要求1所述的一种空气处理装置，其特征在于：所述的第二液体槽(10)设有一个补水管(21)和一个补水阀(22)，与水源相接；所述的热质微元芯(3)上端设有第一风阀(23)，下端设有第二风阀(24)；集水槽(16)上设有液体循环泵(18)，并与第三换热器(14)和第四换热器(15)上端的第三喷淋装置(25)相连。
3. 一种空气处理装置，其特征在于：它具有相连接的室内机和室外机，室内机分为全热回收装置(1)、热泵装置(2)、排风风机(19)和送风风机(20)，全热回收装置(1)具有热质微元芯(3)，热质微元芯(3)下设有第一液体槽(4)，第一液体槽(4)上设有第一液体泵(6)，并与热质微元芯(3)上端的第一液体喷淋装置(7)相接；第三换热器(14)和第四换热器(15)下设有集水槽(16)，在集水槽(16)上设有液体循环泵(18)，并与第二液体槽(10)相接；室外机包括热泵装置(2)及排热风机(26)，第一换热器(8)和第二换热器(9)下设有第二液体槽(10)，在第二液体槽(10)上设有第二液体泵(12)，并与第一换热器(8)和第二换热器(9)上端的第二液体喷淋装置(13)相接。
4. 根据权利要求3所述的一种空气处理装置，其特征在于：所述的集水槽(16)上设有有液体循环泵(18)，并与第三换热器(14)和第四换热器(15)上端的第三喷淋装置(25)相连。
5. 一种使用如权利要求1或3所述装置的空气处理方法，其特征在于：被处理空气依次与两种或两种以上不同温度的冷源或热源进行热交换，制冷时，被处理空气依次与由高温到低温的冷源进行热交换，而制热时，被处理空气则依次与由低温到高温的热源进行热交换；制冷时，所述的由高温到低温的冷源至少有两种是由两个或两个以上的热泵产生的，制热时，所述的由低温到高温的热源至少有两种是由两个或两个以上的热泵产生的。
6. 根据权利要求5所述的一种空气处理方法，其特征在于：所述的热泵的吸热侧产生的液态水被输送至热泵的放热侧蒸发。
7. 根据权利要求5所述的一种空气处理方法，其特征在于：所述的与被处理空气进行热交换的冷源或热源至少有一种不是由热泵直接产生的；冷源或热源为空调室内的回风，被处理空气为室外新风，热交换为室内回风与室外新风的全热交换或显热交换；或者冷源为被加湿后的室外新风。
8. 根据权利要求5所述的一种空气处理方法，其特征在于：所述的热泵采用空调室内的回风作为热沉或热源。
9. 根据权利要求7所述的一种空气处理方法，其特征在于：所述的全热交换是采用热质微元循环，热质微元循环所使用的液态水是热泵吸热侧产生的液态水。
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